Development of a novel mechatronic system for mechanical weed ...

Kurzfassung
Entwicklung eines neuartigen mechatronischen Systems
für die mechanische Unkrautbekämpfung in der Reihe
basierend auf der Erkennung von Einzelpflanzen und
adäquaten Regelung der Hackwerkzeuge in Echtzeit
Als ein Bestandteil einer erfolgreichen nicht chemischen Unkrautbekämpfung soll die
Unkrautbekämpfung in der Reihe das Verfahren vervollständigen und nicht als eine
primäre Methode angesehen werden. Die konventionelle Maschinenhacke zwischen
den Reihen deckt ca. 80 % der Fläche in Reihenfrüchten ab. Unkräuter treten jedoch in
der Reihe zwischen den Pflanzen (intra-row) und nahe bei den Pflanzen auf (close-to-
crop) und haben dort einen größeren Einfluss auf die Entwicklung der Nutzpflanzen.
Die Online Erkennung der Position einzelner Pflanzen und die Unterscheidung
Nutzpflanze-Unkraut sind die Hauptprobleme einer mechanischen Unkrautbekämpfung
in der Reihe. Auf Grund der umfangreichen Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten in
diesem Bereich wird jedoch erwartet, dass solche Systeme in naher Zukunft verfügbar
sein werden. In der Zwischenzeit kann die Weiterentwicklung von universellen
Hackgeräten für den Bereich in der Reihe, die für unterschiedliche Pflanzenabstände
und Entwicklungsstadien eingesetzt werden können, stattfinden.
Es wurde ein virtueller Prototyp für die Unkrautbekämpfung in der Reihe entwickelt, der
die Bewegung der manuellen Hacke im Boden imitiert. Das Hackwerkzeug besteht aus
einem Armträger und drei oder mehr daran befestigten Armen, die um die horizontale
Achse, die sich oberhalb der Pflanzenreihe befindet, rotieren. Tests und Simulationen
der Bewegungsbahnen der Hackwerkzeuge, die mit dem virtuellen Prototyp
durchgeführt wurden, haben den Entwicklungsprozess zunehmend verbessert und den
Entwicklungsweg von der Idee zum Prototyp erheblich beschleunigt. Ein physikalischer
Prototyp wurde mit einem Servomotor, der über die Betriebssoftware die Drehzahl in
Abhängigkeit von der Vorfahrtsgeschwindigkeit, dem Pflanzenabstand in der Reihe und
der Winkelposition der Hackarme regelt, realisiert.
Zusätzlich wurde eine Methode und ein System zur Erkennung der Position der
Nutzpflanzen basierend auf deren spektralen Eigenschaften, kombiniert mit der
Information über die Geometrie der Saatgutablage entwickelt und getestet. Die
experimentellen Ergebnisse zeigen, dass die Kombination eines RGB Sensors für
Ermittlung den spektralen Eigenschaften Laser Sensor für Ermittlung der
Pflanzenhöhe, für eine präzise Erkennung der Mittelpunktsposition der Nutzpflanzen